JP2015086912A - ナット及び回転機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸線Aが延びる軸方向に複数の回転部材が積層され、軸線Aを中心とした周方向の複数個所で軸方向に複数の回転部材を貫通する複数のボルト11の一端側に螺合されるナット12であって、ナットの表面のうちで、少なくともボルト11の他端側を向く面とは反対側の面である一端側カバー面35が、他のナット12の一端側カバー面35と協働して軸線Aを中心として連続した環状の表面をなす形状であるナットを提供する。
【選択図】図5
Description
特許文献1に開示されている構造においては、キャビティにスピンドルボルトで固定されるシール部材を配設することにより、キャビティ内に作動流体が流入することを防止する構造が開示されている。即ち、この構造は、キャビティ内に流入する作動流体が低減されることによって風損を低減し、ガスタービンの効率を向上させる構造である。
本発明のナットは、軸線が延びる軸方向に複数の回転部材が積層され、前記軸線を中心とした周方向の複数個所で前記軸方向に複数の前記回転部材を貫通する複数のボルトの一端側に螺合されるナットであって、前記ナットの表面のうちで、少なくとも前記ボルトの他端側を向く面とは反対側の面である一端側カバー面が、他のナットの前記一端側カバー面と協働して、前記軸線を中心として連続した環状の表面をなす形状であることを特徴とする。
上記構成によれば、一端側カバー面を構成する部位を板状とすることによって、ナットの軽量化が可能となる。
上記構成によれば、ナット周囲の流体の流れを滑らかにすることができ、風損をさらに低減することができる。
上記構成によれば、回転部材が回転する際にカバー面にかかる遠心力によってカバー面が捲り上がることを防止することができる。
上記構成によれば、ナットが軸線を中心に回転する際に、遠心力によって緩むことを防止することができる。
上記構成によれば、連続した環状の表面を構成するカバー面間の隙間が少なくなるため、ナット間に流入する作動流体をより低減することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、ガスタービン1は、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機2と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼ガスにより駆動するタービン4と、を備えている。
圧縮機2は、軸線を中心として回転する回転体である圧縮機ロータ7と、この圧縮機ロータ7を回転可能に覆う圧縮機ケーシング8と、を有する回転機械である。
なお、以下の説明においては、タービンロータ5及び圧縮機ロータ7の軸線Aが延びている方向を軸方向とし、軸線Aに対する径方向を単に径方向とする。また、軸方向であって、タービン4を基準にして圧縮機2側を一方側(一端側)、圧縮機2を基準としてタービン4側を他方側(他端側)という。
換言すれば、圧縮機ロータ7は、軸線Aが延びる軸方向に積層された複数のディスク14,19が、軸線Aを中心とした周方向の複数個所で複数のディスク14,19を貫通するスピンドルボルト11、及びスピンドルボルト11の両端に螺合するナット12,13により締結されている。
ここで、ナット(スピンドルナット)とは、スピンドルボルトのようなボルトなどの雄ネジ部品と組み合わされて使用されるものであり、ボルトの雄ネジに螺合可能な雌ネジが形成された締結部品である。
本実施形態の圧縮機ロータ7においては、スピンドルボルト11の一端側(一体化ディスク19側)にはカバー付ナット12が螺合され、スピンドルボルトの他端側(中間軸10側)には通常のナット13が螺合されている。
カバー付ナット12は、軸方向他方側の第一大径部20aと、軸方向中央の大径部20(以下、第二大径部20bと呼ぶ)との間のキャビティ24に露出されるスピンドルボルト11の一端部に螺合される。
ボルト挿通孔22は、キャビティ24の第一側面25の径方向内側に形成されている。換言すれば、ボルト挿通孔22は、スピンドルボルト11が、可能な限り径方向内側に配置されるように形成されている。即ち、カバー付ナット12は、キャビティ24の底部近傍に配置されることになる。
また、キャビティ24の第一側面25には、圧縮機静翼52の内側シュラウド53(図6参照)の内周面に形成されたシール材54と協働して、空気などの作動流体の流入を防止するためのシールフィン突起29が形成されている。シールフィン突起29には、シールフィン突起29の径方向外側に突出するとともに、周方向に延在する複数のシールフィン30が形成されている。
ナット本体部32は円柱形状をなし、ネジ孔34は、ナット本体部32と同軸となるように形成されている。即ち、ネジ孔34は、ネジ孔34の中心軸NAと円柱形状のナット本体部32の中心軸とが一致するように形成されている。ネジ孔34の内周面には、スピンドルボルト11に対応する雌ネジが形成されている。
具体的には、カバー部33は、カバー付ナット12をスピンドルボルト11に螺合させた際にキャビティ24の小径部外周面27に沿う第一円弧36と、ナット保持突起28の内周面に沿う第二円弧37と、第一円弧36及び第二円弧37の両端を接続する一対の直線部38と、から構成されている。
また、ナット本体部32とカバー部33とは、ナット本体部32の中心軸がカバー部33の周方向中心に位置するように形成されている。即ち、カバー付ナット12のネジ孔34は、一端側カバー面35の中央に形成されている。
また、カバー付ナット12は、軸線Aとネジ孔34の中心軸NAを含む面に対して面対称となるように形成されている。
この構成は、スピンドルボルト11の本数にはよらず、例えば、スピンドルボルト11がN本設けられている構成である場合、N個のカバー部33が集まって全体として連続した環状体Cが形成される。即ち、カバー部33の扇形の中心角は(360°/N)°となる。
次いで、ナット13をスピンドルボルト11の軸方向他端側に螺合させて、一体化ディスク19、多数枚のディスク14、及び中間軸10を締結する。即ち、締結の際はカバー付ナット12を回転させることはない。
図6に示すように、圧縮機2が運転を開始すると、圧縮機静翼52の内側シュラウド53と一体化ディスク19の第二大径部20bとの間の軸方向隙間から作動流体がキャビディ24内に流入する。作動流体は、キャビティ24内で渦Eを形成する。
換言すれば、12本のスピンドルボルト11の各々に取り付けられているカバー付ナット12のカバー部33によって形成される環状体Cによって、作動流体はカバー付ナット12のナット本体部32に干渉することがない。
また、一端側カバー面35が軸線Aに対して垂直であることによって、圧縮機ロータ7が回転する際にカバー部33にかかる遠心力によってカバー部33が捲り上がることを防止することができる。
また、カバー付ナット12がネジ孔34を有するナット本体部32と、ナット本体部32に取り付けられる板状のカバー部33とを有し、このカバー部33が一端側カバー面35をなす構成としたことにより、ナット12の軽量化が可能となる。
また、キャビティ24の第一側面25にナット保持突起28が形成されていることによって、カバー付ナット12にかかる遠心力を抑えることができる。また、径方向外周側からカバー付ナット12に流入する作動流体を低減することができる。
ここで、第一実施形態の変形例について説明する。図7に示すように、第一実施形態の変形例のカバー付ナット12は、一つのカバー部33に二つのナット本体部32が形成された構成である。即ち、本変形例のカバー付ナット12は、周方向に隣り合う二本のスピンドルボルト11に対応した二つのネジ孔34を有する形状となっている。
スピンドルボルト11が周方向にN本設けられている構成である場合、本変形例のカバー部33は、圧縮機ロータ7の軸線を中心とした環状体を周方向にN/2分割した形状である。
なお、この変形例では、二つのナット本体部32を一つのカバー部33で一体化する例を示したが、これに限ることはなく、三つ以上のナット本体部32を一つのカバー部33で一体化する構成としてもよい。
以下、本発明の第二実施形態のカバー付ナット12Bを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態のカバー付ナット12Bは、軸方向視が第一実施形態のカバー部33と同形状の扇形とされたブロック形状とされている。具体的には、本実施形態のカバー付ナット12Bは、カバー面35と、カバー面35と軸方向反対側の反対面40と、スピンドルボルト11に取り付けた際に、小径部外周面27に面する第一円弧面41と、ナット保持突起28の内周面に面する第二円弧面42と、互いに当接し合う当接面43とから構成されている。そして、カバー付ナット12のカバー面35とカバー面35と軸方向反対側の反対面40とを貫通するようにネジ孔34が形成されている。
本実施形態のカバー付ナット12Bは、スピンドルボルト11に螺合される、キャビティ24の所定位置に配置した際に、断面矩形状の環状体となるような形状とされている。
図9に示すように、第一実施形態の変形例と同様に、一つのカバー付ナット12Bで、2本のスピンドルボルト11に螺合する構成としてもよい。即ち、本変形例のカバー付ナット12Bは、カバー面35の中心角が第二実施形態のカバー付ナット12Bの2倍となっているとともに、周方向に隣り合う二本のスピンドルボルト11に対応した2つのネジ孔34が形成されている。
以下、本発明の第三実施形態のカバー付ナット12Cについて説明する。
図10に示すように、本実施形態のカバー付ナット12Cは、第一実施形態のナット本体部32と同形状のナット本体部32と、第一実施形態のカバー部33と同形状のカバー部33と、カバー部33を延長するかたちでカバー部33に接続された第二カバー部45と、を有している。
また、第二カバー部45は、カバー付ナット12Cを各々のスピンドルボルト11に螺合させた際に、圧縮機ロータ7の軸線Aを中心とした環状体となるように形成されている。即ち、第二カバー部45の主面であり、軸線Aを基準として外側を向く面である外側カバー面45aが他のカバー付ナット12Cと協働して、軸線Aを中心として連続した環状の表面をなす形状とされている。
以下、本発明の第四実施形態のカバー付ナット12Dについて説明する。
図11に示すように、本実施形態のカバー付ナット12Dは、第一実施形態のナット本体部32と同形状のナット本体部32と、第一実施形態のカバー部33と同形状のカバー部33と、カバー部33を延長するかたちでカバー部33に接続された第三カバー部46と、を有している。
また、第三カバー部46は、カバー付ナット12Dを各々のスピンドルボルト11に螺合させた際に、圧縮機ロータ7の軸線を中心とした環状体となるように形成されている。即ち、第三カバー部46の主面であり、軸線Aを基準として内側を向く面である内側カバー面46aが他のカバー付ナット12Dと協働して、軸線Aを中心として連続した環状の表面をなす形状とされている。
上記実施形態によれば、径方向内周側から流入する作動流体を低減することができる。
例えば、上記各実施形態のネジ孔34はナット本体部32とカバー部33とを貫通しているが、これに限ることはなく、ネジ孔34がナット本体部32のみに形成される構成としてもよい。
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 タービンロータ
6 タービンケーシング
7 圧縮機ロータ
8 圧縮機ケーシング
10 中間軸(回転部材)
11 スピンドルボルト(ボルト)
12 カバー付ナット(ナット)
13 ナット
14 ディスク(回転部材)
15 圧縮機動翼
16 スピンドルボルト
17 ナット
18 ナット
19 一体化ディスク(回転部材)
20 大径部
20a 第一大径部
20b 第二大径部
21 小径部
22 ボルト挿通孔
24 キャビティ
25 第一側面
26 第二側面
27 小径部外周面
28 ナット保持突起
29 シールフィン突起
30 シールフィン
32 ナット本体部
33 カバー部
34 ネジ孔
35 一端側カバー面
36 第一円弧
37 第二円弧
38 直線部
40 反対面
41 第一円弧面
42 第二円弧面
43 当接面
45 第二カバー部
45a 外側カバー面
46 第三カバー部
46a 内側カバー面
50 タービンディスク
51 タービン動翼
52 圧縮機静翼
53 内側シュラウド
54 シール材
A 軸線
C 環状体
E 流体の渦
NA ナットの中心軸
Claims (9)
- 軸線が延びる軸方向に複数の回転部材が積層され、前記軸線を中心とした周方向の複数個所で前記軸方向に複数の前記回転部材を貫通する複数のボルトの一端側に螺合されるナットであって、
前記ナットの表面のうちで、少なくとも前記ボルトの他端側を向く面とは反対側の面である一端側カバー面が、他のナットの前記一端側カバー面と協働して、前記軸線を中心として連続した環状の表面をなす形状であることを特徴とするナット。 - 前記ナットは、ネジ孔を有するナット本体部と、前記ナット本体部に取り付けられる板状のカバー部とを有し、前記カバー部が前記一端側カバー面をなすことを特徴とする請求項1に記載のナット。
- 前記一端側カバー面は平面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のナット。
- 前記一端側カバー面は、前記軸線に対して垂直であることを特徴とする請求項3に記載のナット。
- 前記表面のうちで、前記軸線を基準として外側を向く面である外側カバー面が、他のナットの前記外側カバー面と協働して、前記軸線を中心として連続した環状の表面をなす形状であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のナット。
- 前記表面のうちで、前記軸線を基準として内側を向く面である内側カバー面が、他のナットの前記内側カバー面と協働して、前記軸線を中心として連続した環状の表面をなす形状であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のナット。
- 前記ナットは前記軸線とネジ孔の中心軸を含む面に対して面対称となるように形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のナット。
- 前記ボルトの前記一端側が螺合するネジ孔が複数形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のナット。
- 回転体を備え、
前記回転体は、複数の前記回転部材と、複数の前記ボルトと、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の複数の前記ナットを有し、
複数の前記回転部材が複数の前記ボルト及び複数の前記ナットにより相互に締結されていることを特徴とする回転機械。
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